CN100558054C

CN100558054C - 基于以太网的楼宇控制器

Info

Publication number: CN100558054C
Application number: CNB2006101040092A
Authority: CN
Inventors: 程朋胜; 任会峰
Original assignee: Shenzhen Das Intellitech Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Das Intellitech Co Ltd
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: CN101119238A

Abstract

本发明涉及一种基于以太网的楼宇控制器(简称EBC)，包括：作为核心工作模块的嵌入式CPU；运行与所述嵌入式CPU内的以动态C语言开发的引擎模块，包括多个并行计算的算法模块，用于解释并执行下位组态软件控制策略；与所述嵌入式CPU相连的以太网接口模块，用于与监控计算机或其他EBC实现通信；与所述嵌入式CPU相连的串行通信接口，用于与智能设备的远距离数据通信。本发明抗干扰能力强，可脱机运行，信息承载量大。它与监控计算机以ModBus/TCP协议进行通信，与其他EBC采用UDP协议进行通信。由于采用了基于事件的报文交换方式，使得楼宇控制器之间以较小流量占用而获得信息的快速交换，保证了控制的实时性。

Description

基于以太网的楼宇控制器

技术领域

本发明涉及一种智能建筑领域的直接数字控制器，尤其是一种基于TCP/IP的楼宇控制器，应用于智能建筑领域的机电设备监控。

背景技术

随着人类社会的不断发展，各种类型的建筑物在人类的生活与工作中起到越来越重要的作用。随着现代对楼宇自动化的研究的深入，各种电子和网络产品的普及，一些办公用建筑或家用建筑的内部设备的自动化程度也随之不断提高。为了充分有效的发挥建筑物中相关设备的潜力，提高建筑物控制系统的整体性能，降低设备运行能耗和系统运行维护费用，对建筑物内机电设备进行监控的智能型控制器应运而生。

在建筑物内，某一个监控区域或者某一台监控设备不仅仅有数字量或者模拟量信号，经常有多种信号需要控制器采集。现有技术已经有多种智能型控制器，例如霍尼韦尔的DDC(直接数字控制器)，主要采用RS485等串行总线技术，在工程安装时，需要单独布线，不仅施工工程量大，抗干扰能力差，而且有些建筑的综合布线已经完成，反复施工布线，也给用户带来诸多不便，另一方面，目前的DDC都不支持控制器间的通信，用户只能根据现场规模选择不同处理能力的DDC，导致设备种类多，用户需要更多种类的备品备件。

发明内容

本发明的目的是针对于现有技术中智能型控制器的种种缺陷，提出了一种基于以太网的楼宇控制器(简称EBC)，可以应用在建筑智能化、工业控制、数据采集等领域，借助于工业以太网，实现多个各自相对独立又相互协同的基于以太网的楼宇控制器相互之间的通信，实现大规模复杂系统的控制，同时使用Modbus/TCP与上位机的通信，从而实现建筑设备以及工业过程的实时监控。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于以太网的楼宇控制器，包括：

嵌入式CPU，作为核心工作模块；

运行于所述嵌入式CPU内的以动态C语言(Dynamic C语言)开发的引擎模块，所述引擎模块包括多个并行计算的算法模块，用于解释并执行下位组态软件控制策略，所述多个并行计算的算法模块具体为：调度处理模块，用于根据输入所述嵌入式CPU的不同的事件调度和触发执行相应的处理模块；通信处理模块，与所述调度处理模块连接，用于所述楼宇控制器与监控计算机或另一楼宇控制器之间的通信处理；输入输出处理模块，与所述调度处理模块连接，用于对输入输出卡件的输入输出处理以及对现场设备的监控；简易Basic语言处理模块，与所述调度处理模块连接，用于执行对串行通信进行处理的Basic语句；控制策略处理模块，与所述调度处理模块连接，用于对通信处理模块保存的控制策略生成的数据文件进行解释和执行；寄存器，与所述通信处理模块、输入输出处理模块、简易Basic语言处理模块、控制策略处理模块连接，用于在所述寄存器的预先设定的地址存储所述通信处理模块、输入输出处理模块、简易Basic语言处理模块、控制策略处理模块的数据；

与所述嵌入式CPU相连的以太网接口模块，用于与监控计算机或其他楼宇控制器实现通信；

与所述嵌入式CPU相连的串行通信接口，用于与智能设备的远距离数据通信。

在上述方案中还包括与所述嵌入式CPU相连的程序存储器和数据存储器，所述程序存储器和数据存储器可为可擦写式存储器，其中所述程序存储器优选可擦写式闪存。

所述串行通信接口为RS485/RS232通信接口，所述串行通信接口设置有调整接口类型的跳线装置，用户可以利用跳线装置选择使用RS485或者RS232。

在上述技术方案中，还包括输入输出控制电路模块，与所述嵌入式CPU相连，用于提供CPU对输入输出电路的控制以及数据交换的总线接口。所述输入输出控制电路模块进一步包括：

模拟量输入模块，用于提供多通道的模拟信号输入，并对输入信号进行多位高速模数转换，以及接受无源和有源开关量的输入；

和/或模拟量输出模块，用于提供多通道模拟信号输出，对输出信号进行数模转换；

和/或数字量输入模块，用于提供多通道无源开关量输入；

和/或数字量输出模块，用于提供多通道无源开关量输出。

在所述输入输出控制电路模块的每个通道内设有指示灯显示，可指示该通道的运行状态。

所述以太网接口模块内设有拨码开关，用于设置所述基于以太网的楼宇控制器的IP地址。

所述嵌入式CPU内设有实时时钟，用于对设备运行以及工业过程进行定时控制。控制器不上电时，利用电池支持系统时钟，实现精确定时。所述嵌入式CPU内设有看门狗电路，用于定期对所述基于以太网的楼宇控制器进行监控。

基于以太网的楼宇控制器执行以下的操作：嵌入式CPU端口初始化，网络初始化，系统数据初始化清零，获取组态程序到内存，获取输入输出模块类型信息；处理Modbus/TCP通信请求，处理控制器之间的互操作；处理组态程序通信请求；扫描输入输出通道；处理运行组态程序。

国内多数建筑都装有宽带网络，以太网具有传输速度高、低功耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它支持几乎所有流行的网络协议，所以被广泛应用于各个领域。TCP/IP是真正的开放系统通信协议，是目前国际上进行异种网络互连的事实上的标准。因此，应用基于以太网的楼宇控制器的楼宇自动化系统具有更强的互操作性和可扩展性，更加便于与其他系统的集成。

基于上述的技术方案，本发明具有以下优点：具有抗干扰能力强，可脱机运行，信息承载量大等优点。它与监控计算机以ModBus/TCP协议进行通信，与其他楼宇控制器采用UDP协议进行通信。由于采用了基于事件的报文交换方式，使得楼宇控制器之间以较小流量占用而获得信息的快速交换，保证了控制的实时性。由于支持控制器间的网络通信，因此可以构成大规模的系统应用。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明基于以太网的楼宇控制器的基本结构示意图；

图2为本发明基于以太网的楼宇控制器的实施例一的结构示意图；

图3为本发明基于以太网的楼宇控制器的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基于以太网的楼宇控制器(下文简称EBC)与监控计算机以ModBus/TCP协议进行通信，与其他楼宇控制器采用UDP协议进行通信。可以通过设置控制器的IP地址实现与上位机以及其他EBC的通信。

如图1所示，为本发明基于以太网的楼宇控制器的基本结构示意图，包括嵌入式CPU 1，以太网接口模块2和串行通信接口3，其中嵌入式CPU1具有可扩展以太网接口的功能，是系统的核心工作模块，可以对其他的功能模块进行调用；以太网接口模块2与嵌入式CPU 1相连，能够与监控计算机或其他EBC实现通信；串行通信接口3，与嵌入式CPU 1相连，主要是实现远距离与智能设备的数据通信。

如图2所示，为本发明基于以太网的楼宇控制器的实施例一的结构示意图，在上面介绍的基于以太网的楼宇控制器的基本结构中又增加了与嵌入式CPU 1相连的程序存储器4和数据存储器5，程序存储器4和数据存储器5都可以采用可擦写式存储器，其中程序存储器4优选大容量小扇区可擦写闪存，以永久存储数据。另外，嵌入式CPU 1还可以通过与其连接的输入输出控制电路模块6对输入输出电路进行控制以及数据交换，输入输出控制电路模块包括模拟输入和/或数字输入和/或模拟输出和/或数字输出。

在本实施例中，串行通信接口为RS485/RS232通信接口，其中，串行通信接口设置有调整接口类型的跳线装置，用户可以利用跳线装置选择使用RS485或者RS232通信接口。

如图3所示，为本发明基于以太网的楼宇控制器的实施例二的结构示意图，输入输出控制电路模块6具体由模拟量输入模块61、模拟量输出模块62、数字量输入模块63和数字量输出模块64构成，能够提供最大32点的数字/模拟量信号通道，在每个信号通道有指示灯显示，能够指示该信号通道的工作状态。模拟量输入模块61提供8通道的模拟信号输入，可以接受4-20mA、0-5V、0-10V、热电阻Pt1000和热敏电阻NTC20K类型的模拟输入信号进行12位高速模数转换(A/D)，同时，可以接受无源开关量输入以及有源开关量0～10V输入；模拟量输出模块62实现数模转换(D/A)，提供4通道模拟信号输出，可以输出4-20mA和0-10V类型的电信号，输出信号类型通过硬跳线选择；数字量输入模块63提供8通道无源开关量输入；数字量输出模块64提供8通道无源开关量输出，触点容量为125V AC@2A。模拟量输入模块61、模拟量输出模块62、数字量输入模块63和数字量输出模块64可以根据系统要求任意组合，例如只有模拟量输入模块61和模拟量输出模块62，或者模拟量输出模块62、数字量输入模块63和数字量输出模块64组成输入输出控制电路模块6。

本实施例中，通信方式采用标准的TCP/IP协议栈。以太网接口模块与监控计算机以Modbus/TCP协议进行通信，与其他EBC采用UDP协议进行通信。以太网接口模块内设有拨码开关，通过拨码开关方便地设置控制器的IP地址，实现控制器与上位机以及同网段的其他EBC之间的数据交换。

嵌入式CPU内设有实时时钟，可以设置假日运行方案、周运行方案、日运行方案，分辨精度到分钟，实现无人职守方式的建筑设备以及工业过程的时间程序控制。而当基于以太网的楼宇控制器不上电时，利用电池支持系统时钟，可实现精确定时。在嵌入式CPU内还可以设置看门狗电路，定期对基于以太网的楼宇控制器进行监控，从而实现无人为干预的运行。

本实施例提供的基于以太网的楼宇控制器的嵌入式CPU内还可以运行有用于解释并执行下位组态软件控制策略的引擎模块，该引擎模块包括以下并行计算的算法模块：调度处理模块，用于根据输入所述嵌入式CPU的不同的事件调度和触发执行相应的处理模块；通信处理模块，与所述调度处理模块连接，用于所述楼宇控制器与监控计算机或另外一个或多个楼宇控制器之间的通信处理；输入输出处理模块，与所述调度处理模块连接，用于对输入输出卡件的输入输出处理以及对现场设备的监控；简易Basic语言处理模块，与所述调度处理模块连接，用于执行对串行通信进行处理的Basic语句；控制策略处理模块，与所述调度处理模块连接，用于对通信处理模块保存的控制策略生成的数据文件进行解释和执行；寄存器，与所述通信处理模块、输入输出处理模块、简易Basic语言处理模块、控制策略处理模块连接，用于在所述寄存器的预先设定的地址存储所述通信处理模块、输入输出处理模块、简易Basic语言处理模块、控制策略处理模块的数据。

其中，通信处理模块实现了基于Modbus/TCP协议的通信处理，还实现了EBC之间基于UDP的通信处理。另外，该通信处理模块还可以为基于以太网的楼宇控制器实现组态控制策略的控制功能，处理组态软件与控制器之间的通信处理，实现在PC机上运行的组态软件编制的控制策略下载到EBC或者从EBC上传控制策略到在PC机上运行的组态软件界面，以及设置EBC的时间等功能。在PC机运行的组态软件可设置EBC的时间，包括年月日时分秒，从而实现对现场设备的精确时间程序控制；该通信处理模块通过以太网接口实现与监控计算机或者其他EBC之间的通信。

监控计算机与控制器之间实现对现场设备监控的I/O数据交换是通过Modbus功能码实现的，主要包括写多线圈FC(Function Code)15，读线圈FC1，读寄存器FC3，写单线圈FC5，写单寄存器FC6，写多寄存器FC16，通过套接字Socket获取数据到缓冲区，监控计算机指定I/O数据在控制器中存放的地址，如40896，实现I/O数据存取。

输入输出处理模块可以对楼宇控制器的四种输入输出电路(I/O卡件)进行控制，包括DI(数字输入)、DO(数字输出)、AI(模拟量输入)、AO(模拟量输出)，该输入输出处理模块实现对这四种I/O卡件的I/O处理，从而实现现场设备的监控。

简易Basic语言处理模块可实现串行通信的处理，解释并执行Basic代码，以作为图形组态的功能补充，可以使组态更加灵活，功能更加强大。

控制策略处理模块能够对组态控制策略进行解释并执行。控制策略由一个个子程序实现，每个子程序对应一个功能模块，换句话说，每个子程序表示一个特定的算法模块。例如，加法子程序对应加法功能块，在组态软件界面，表现为一个个功能块图，每个功能块对应控制策略处理模块中的一个子程序。在通信处理模块中，把组态软件编制的控制策略生成的数据文件下载到Flash存储器中，控制策略解释和调度模块再解释执行。

在以上各个模块式由引擎程序进行协调和调用的，引擎程序由一个无限循环构成，引擎程序实现各个模块的协作多任务处理，各个模块是模拟并发执行的。当一个任务等待一个事件发生时，系统可以执行另一个任务，通过这种方法可以实现多任务的并行执行。而模块之间的需要数据共享是通过每个子模块在寄存器的指定地址存取数据来实现的。

基于上述的技术方案，本发明给出下列优选实施方式：嵌入式CPU对各功能模块进行控制，由CPU与以太网接口模块组成以太网通讯模块，可擦写式闪存作为程序存储器，RS484/RS232接口模块连接智能设备的串行口，CPU通过输入输出总线接口模块，由输入输出模块实现与现场设备的通信。嵌入式CPU优选采用Rabbit2000芯片，程序存储器Flash优选采用SST39SF020，SST39SF020是SST公司推出的小扇区可擦写大容量Flash数据存储器，具有擦写速度快、容量大、指令简单的优点，非常适合存储需要永久保持的数据；数据存储模块优选采用HY628100，以太网接口芯片优选为RTL8019AS。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1、一种基于以太网的楼宇控制器，其特征在于，包括：

嵌入式CPU；

运行于所述嵌入式CPU内的以动态C语言开发的引擎模块，所述引擎模块包括多个并行计算的算法模块，用于解释并执行下位组态软件控制策略，所述多个并行计算的算法模块具体为：调度处理模块，用于根据输入所述嵌入式CPU的不同的事件调度和触发执行相应的处理模块；通信处理模块，与所述调度处理模块连接，用于所述楼宇控制器与监控计算机或另一楼宇控制器之间的通信处理；输入输出处理模块，与所述调度处理模块连接，用于对输入输出卡件的输入输出处理以及对现场设备的监控；简易Basic语言处理模块，与所述调度处理模块连接，用于执行对串行通信进行处理的Basic语句；控制策略处理模块，与所述调度处理模块连接，用于对通信处理模块保存的控制策略生成的数据文件进行解释和执行；寄存器，与所述通信处理模块、输入输出处理模块、简易Basic语言处理模块、控制策略处理模块连接，用于在所述寄存器的预先设定的地址存储所述通信处理模块、输入输出处理模块、简易Basic语言处理模块、控制策略处理模块的数据；

与所述嵌入式CPU相连的以太网接口模块，用于与监控计算机或另外一个或多个楼宇控制器实现通信；

2、根据权利要求1所述的基于以太网的楼宇控制器，其特征在于，还包括与所述嵌入式CPU相连的程序存储器和数据存储器。

3、根据权利要求1所述的基于以太网的楼宇控制器，其特征在于，所述串行通信接口为RS485/RS232通信接口，所述串行通信接口设置有调整接口类型的跳线装置。

4、根据权利要求1或2所述的基于以太网的楼宇控制器，其特征在于，还包括输入输出控制电路模块，与所述嵌入式CPU相连，用于提供CPU对输入输出电路的控制以及数据交换的总线接口。

5、根据权利要求4所述的基于以大网的楼宇控制器，其特征在于，所述输入输出控制电路模块进一步包括：

和/或数字量输入模块，用于提供多通道无源开关量输入；

和/或数字量输出模块，用于提供多通道无源开关量输出。

6、根据权利要求1所述的基于以太网的楼宇控制器，其特征在于，所述以太网接口模块内设有拨码开关，用于设置所述基于以太网的楼宇控制器的IP地址。

7、根据权利要求1所述的基于以太网的楼宇控制器，其特征在于，所述嵌入式CPU内设有实时时钟，用于对设备运行以及工业过程进行时间程序控制。

8、根据权利要求1所述的基于以太网的楼宇控制器，其特征在于，所述嵌入式CPU内设有看门狗电路，用于定期对所述基于以太网的楼宇控制器进行监控。